Newton

La grande G di Newton è davvero costante

Secondo uno studio condotto da oltre due decenni su una pulsar distante, la costante di gravitazione universale, sembra essere in maniera alquanto rassicurante davvero costante nell’Universo. I risultati di questo lavoro, pubblicati su Astrophysical Journal, aiutano gli astronomi a tentare di risolvere uno dei problemi più importanti in cosmologia: la forza di gravità è la stessa ovunque nello spazio e nel tempo? La risposta, almeno finora, sembra essere di sì.

Illustrazione del sistema binario formato da una nana bianca e dalla pulsar PSR J1713+0747. Credit: B. Saxton (NRAO/AUI/NSF)

Per arrivare a questo risultato, i ricercatori hanno studiato per 21 anni il “battito cardiaco” di una pulsar distante, denominata con la sigla PSR J1713+0747, facendo uso di due radiotelescopi, quello di Green Bank Telescope (GBT) nella West Virginia e quello dell’Arecibo Observatory a Puerto Rico. Questo lungo lavoro di ricerca ha fornito la misura migliore della costante di gravitazione universale che sia mai stata ottenuta al di fuori del Sistema Solare. Le pulsar sono stelle di neutroni in rapida rotazione, il prodotto finale dell’evoluzione stellare di stelle massicce che alla fine del loro ciclo vitale esplodono dando luogo alle supernovae. Questi oggetti superdensi vengono rivelati da Terra grazie all’emissione di intensi fasci di radiazione, visibili in banda radio, che sono emanati dai loro poli magnetici verso lo spazio, come una sorta di faro, man mano che la pulsar ruota. Dato che esse sono molto dense e massicce e hanno delle dimensioni davvero piccole, dell’ordine di 20-25 Km di diametro, alcune pulsar sono in grado di mantenere il loro ritmo di rotazione con una consistenza tale che supera addirittura quella dei migliori orologi atomici. Ciò rende questi oggetti eccezionali laboratori cosmici per studiare la natura fondamentale dello spazio, del tempo e quindi della gravità. L’oggetto in questione si trova a circa 3.750 anni-luce dalla Terra, orbita attorno ad una stella compagna, una nana bianca ed è una delle pulsar più brillanti e più stabili che siano note. Altri studi hanno mostrato che la pulsar impiega circa 68 giorni per compiere una rivoluzione attorno alla compagna, il che indica che esse hanno delle orbite insolitamente ampie. Questa separazione è essenziale per studiare la gravità dato che l’effetto della radiazione gravitazionale, cioè la conversione della velocità orbitale in onde gravitazionali prevista dalla relatività generale, è incredibilmente piccolo e avrebbe una influenza trascurabile sull’orbita stessa della pulsar. In altre parole, una significativa variazione dell’orbita potrebbe influire sull’accuratezza dell’esperimento. “L’incredibile consistenza di questo oggetto offre una chiara evidenza che la grande ‘G’ della fisica rimane solidamente costante nello spazio cosmico”, dice Weiwei Zhu dell’University of British Columbia in Canada e autore principale dello studio. “Questa è un’osservazione che ha delle implicazioni importanti per la cosmologia e per alcune forze fondamentali della fisica”. “La gravità è la forza che tiene uniti i pianeti, le stelle e le galassie”, aggiunge Scott Ransom del National Radio Astronomy Observatory in Charlottesville e co-autore dello studio. “Anche se sulla Terra essa appare costante e universale, ci sono alcune teorie che suggeriscono che la gravità potrebbe variare nel corso del tempo o potrebbe essere differente in alcune parti dell’Universo”. I dati ottenuti da questo esperimento sono consistenti con un valore costante di G così come misurato in un sistema stellare distante. Uno studio precedente condotto nel nostro Sistema Solare, basato su misure precise della distanza Terra-Luna realizzate mediante laser, ha trovato la stessa consistenza in termini temporali. “Questi risultati, nuovi e vecchi, ci permettono di escludere con un buon livello di confidenza che ci potrebbero essere delle regioni ‘speciali’ dello spazio o del tempo caratterizzati da un valore diverso di G”, dice Ingrid Stairs dell’ University of British Columbia in Canada e co-autrice dello studio. “Le teorie della gravità che sono diverse dalla relatività generale fanno spesso tali previsioni, perciò noi abbiamo introdotto adesso dei nuovi limiti sui parametri che descrivono queste teorie”. “G è una costante fondamentale della fisica perciò è importante verificare questa assunzione con oggetti astrofisici che si trovano situati in diversi luoghi dello spazio e del tempo dove le condizioni di gravità sono differenti. Il fatto che la gravità sia la stessa nel nostro Sistema Solare così come in un sistema stellare distante, ci sta dicendo che la costante di gravitazione è davvero universale”, conclude Zhu.

NRAO: Gravitational Constant Appears Universally Constant, Pulsar Study Suggests
arXiv: Testing Theories of Gravitation Using 21-Year Timing of Pulsar Binary J1713+0747

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